[發明專利]用于電子器件的納米探測的裝置以及方法

有效

• 申請號: 201580040283.5
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN107004553B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: V·烏克蘭采夫;I·尼夫;R·本蔡恩
• 申請（專利權）人: FEI埃法有限公司
• 主分類號: H01J37/20
• 分類號: H01J37/20;H01L21/66;G01R1/06;G01R31/307;G01R31/28
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;韓宏

一種用于使用掃描電子顯微鏡(SEM)和納米探針的組合來探測待測半導體器件(DUT)的方法，包括：獲得DUT中感興趣區域(ROI)的SEM圖像；獲得ROI的CAD設計圖像；將CAD設計圖像與SEM圖像進行配準以識別接觸目標；獲得對應于接觸目標的網表，并使用網表來確定應當選擇哪個接觸目標作為測試目標；以及對納米探針導航以使納米探針落在每個測試目標上并在納米探針與相應的測試目標之間形成電氣接觸。

相關申請

本申請要求享有于2014年6月25日提交的、序列號為62/016,650的美國臨時申請的優先權，該申請的公開內容以全文引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明屬于半導體器件測試領域，并且更具體而言，經由微芯片形式的電子器件或晶圓級電子器件的納米探測來實現電氣測量。

背景技術

設計和工藝工程師需要獲得與他們設計和構建的器件和電路有關的盡可能多的信息。器件信息可以分為兩組：物理特性和電氣特性。電氣特性給出了所制造器件的最終性能，如果這些符合設計，則實際上不需要其他的來進行設計修改或工藝監測和控制。當然，如果工藝從未隨著時間而中斷或偏移，則電氣特性就足夠了。然而，當工藝中斷或偏移并且工廠產量下降時，工藝工程師需要執行故障分析(FA)以調查故障并找出哪個工藝失敗。在這一點上，物理特性(例如，臨界尺寸(CD)、膜厚度和均勻性、化學成分、界面等)的獲知突然變得重要。工藝工程師需要調查工藝在哪個具體步驟失敗。常常使用對器件的物理建模，以便理解電氣屬性對器件的物理參數和工藝公差的依賴性。這個經典的方案很多年來工作得很好。然而，最近這個方案開始失效，并且由于增加的制造復雜性，預計該方案的失效率將增加。

在當前和未來的芯片中，內部器件與原子尺寸變得相當。這意味著表面和接口對器件性能會產生顯著的影響。大型材料模型并未很好地描述器件電氣性能對尺寸、材料成分(例如，摻雜、Si氮氧化物、Hf氧化物等)和物理特性的依賴性。此外，尺寸計量和物理表征的所需精度也降低。因此，產量和工藝工程師在他們可用的準確物理和尺寸信息越來越少的情況下，面臨著找到故障根本原因的新挑戰。

為了解決這個問題，工程師必須使用越來越多的器件本身的電氣特性。不幸的是，電氣數據僅在形成至少一個互連級時才可用。在大多數情況下，電路的關鍵元件僅可以在構建了若干層互連件之后才可以被測試。這花費時間和資源，并且常常導致許多昂貴的晶圓廢棄。

被稱為SEM納米探針的專用電子束儀器由掃描電子顯微鏡(SEM)和設置在SEM真空腔內部的一組納米探針組成。來自SEM的二次電子圖像用于相對于要進行電氣測試的集成電路的器件結構來定位納米探針。探針用于電氣表征器件結構。納米探測能夠通過電流/電壓(I/V)曲線測量來直接測量基本晶體管參數，例如閾值電壓(Vt)、截止狀態漏電流(Ioff)、飽和電流(Isat)和結行為。在其它應用中，這些電氣測量可用于執行對有缺陷的器件結構的根本原因故障分析。

為了對電路進行電氣測試，探針必須物理地接觸IC內的器件的元件。然而，接觸和掃描探針(例如，原子力探針(AFP))需要接觸和成像力超過制造廠“接受的”所謂的“非接觸”力(幾納米牛頓或nN)。針對在工藝流程的早期甚至通過流程逐步地電氣表征器件和關鍵電路的方式，在過去已經提出了各種提議。可能的解決方案的示例可以在美國專利US5,899,703和US6,399,400中找到。